第五章 吸附混凝及反应器设备的选择运行和维护

1、第五章 吸附、混凝及反应器设备的选择、运行与维护第一节第一节 吸附设备吸附设备一、吸附机理及分类吸附的机理： 吸附是利用某些多孔性固体从流体混合物中选择性地在其表面上聚集一定组分的能力，使混合物中各组分得以分离。 吸附的分类 (1)物理吸附：溶质与吸附剂之间由于分子间作用力而产生的吸附。 (2)化学吸附：溶质与吸附剂发生化学反应，形成牢固的吸附化学键和表面络合物。几个名词n吸附作用: 物质从气体或液体浓缩到固体表面从而实现分离的过程n吸附剂: 在表面上能发生吸附作用的固体n吸附物: 被吸附的物质二、吸附的三个阶段吸附阶段颗粒外部扩散阶段孔隙扩散阶段吸附反应阶段附质从溶液中扩散到吸附剂表面吸附质

2、在吸附剂孔隙中继续向吸附点扩散吸附质被吸附在吸附剂孔隙内的吸附点表面三、 吸附工艺和设备操作方式连续式连续式间歇式将废水和吸附剂放在吸附池内进行搅拌30min左右，然后静置沉淀，排除澄清液固定床固定床移动床移动床流化床流化床吸附剂固定填放在吸附柱(或塔)中在操作过程中定期地将接近饱和的一部分吸附剂从吸附柱中排出，并同时将等量的新鲜吸附剂加入柱中吸附剂在吸附柱内处于膨胀状态，悬浮于由下而上的水流中固固定定床床移移动动床床流化床流化床1 1、固定床吸附、固定床吸附 在废水处理中常在废水处理中常用固定床吸附装置。用固定床吸附装置。其构造与快滤池大致其构造与快滤池大致相同。吸附剂填充在相同。吸附剂填充

3、在装置内，吸附时固定装置内，吸附时固定不动，水流穿过吸附不动，水流穿过吸附剂层。根据水流方向剂层。根据水流方向可分为升流式和降流可分为升流式和降流式两种。式两种。 降流式固定床吸附出水水质好，但水头损失较大，特别降流式固定床吸附出水水质好，但水头损失较大，特别在处理含悬浮物较多的污水时，需定期进行反冲洗，有时还在处理含悬浮物较多的污水时，需定期进行反冲洗，有时还需在吸附剂层上部设表面冲洗设备。需在吸附剂层上部设表面冲洗设备。 2 2、移动床吸附、移动床吸附移动床较固定床能充分利用床层吸附容量，出水水质良好，且水头损失较小。由于原水从塔底进入，水中夹带的悬浮物随饱和炭排出，因而不需要反冲洗设备，

4、对原水预处理要求较低，操作管理方便。目前较大规模废水处理时多采用这种操作方式。 原水从下而上流过吸附层, 吸附剂由上而下间歇或连续移动。间歇移动床处理规模大时，每天从塔底定时卸炭12次，每次卸炭量为塔内总炭量的510。3 3、流化床吸附、流化床吸附 原水由底部升流式通过床层，吸附剂由上部向下移动。由于吸附剂保持流化状态，与水的接触面积增大，因此设备小而生产能力大，基建费用低。 流化床操作控制要求高，为防止吸附剂全塔混层，以充分利用吸附容量并保证处理效果，塔内吸附剂采用分层流化。所需层数根据吸附剂的静活性、原水水质水量等决定。 四 吸附设备的选择布置吸附流程和选择吸附器的注意事项：n当气体污染物

5、连续排出时，应采用连续式或半连续式的吸附流程；间断排出时采用间接式吸附流程。n排气连续但气量大时，可采用流化床或沸腾床吸附器；排气连续但气量较小时可考虑使用旋转床吸附器。n根据流动阻力、吸附剂利用率酌情选用不同类型的吸附器。n处理的废气流中含有粉尘时，应先用除尘器除去粉尘。n处理废气流中含有水滴或水雾时，应先用除雾器除去水滴或水雾。n处理废气中污染物浓度过高时，可先用其他方法脱除一部分。n吸附流程需与脱附流程同时考虑。 五五 吸附剂吸附剂 工业吸附剂必须满足下列要求： 吸附能力强；吸附选择性好；吸附平衡浓度低；容易再生和再利用；机械强度好；化学性质稳定；来源广；价廉。一般工业吸附剂难于同时满足

6、这八个方面的要求，因此，应根据不同的场合选用。 目前在废水处理中应用的吸附剂有: 活性炭、活化煤、白土、硅藻土、活性氧化铝，焦炭、树脂吸附剂、炉渣、木屑、煤灰、腐殖酸等。 活性炭 活性炭是一种非极性吸附剂。外观为暗黑色，有粒状和粉状两种，目前工业上大量采用的是粒状活性炭。活性炭主要成分除碳以外，还含有少量的氧、氢、硫等元素，以及水分、灰分。它具有良好的吸附性能和稳定的化学性质，可以耐强酸、强碱，能经受水浸、高温、高压作用，不易破碎。 活性炭具有巨大的比表面和特别发达的微孔。通常活性炭的比表面积高达5001700m2/g，这是活性炭吸附能力强，吸附容量大的主要原因。 活性炭的吸附以物理吸附为主，

7、但由于表面氧化物存在，也进行一些化学选择性吸附。如果在活性炭中掺入一些具有催化作用的金属离子可以改善处理效果。 六 脱附 吸附剂在达到饱和吸附后，必须进行脱附再生，才能重复使用。脱附是吸附的逆过程，即在吸附剂结构不变化或者变化极小的情况下，用某种方法将吸附质从吸附剂孔隙中除去恢复它的吸附能力。通过再生使用，可以降低处理成本；减少废渣排放；同时回收吸附质。 常见的脱附方法：常见的脱附方法：升温脱附升温脱附物质的吸附量是随温度的升高而降低的，将吸附剂的温度升高，可以使已被吸附的组分脱附下来。减压脱附减压脱附物质的吸附量是随压力的升高而升高的，在较高的压力下吸附，降低压力或者抽真空，可以使吸附剂再生

8、，这种方法也称为变压吸附。此法常常用于气体脱附。 吹扫脱附吹扫脱附用不被吸附的气体(液体)冲洗吸附剂，使被吸附的组分脱附下来。采用这种方法必然产生冲洗剂与被吸附组分混合的问题，需要用别的方法将它们分离，因此这种方法存在多次分离的不便性。 取代脱附取代脱附取代脱附的工作原理是用比被吸附组分的吸附力更强的物质将被吸组分置换下来。其后果是吸附剂上又吸附了置换上去的物质，必须用别的方法使它们分离。例如，活性炭对Ca2+、Cl-有一定的吸附能力，这些离子占据了吸附活性中心，可对活性炭吸附无机单质或有机物产生不利影响。因此，用活性炭吸附待分离溶液中的物质后，选用CaCl2作为脱附剂可降低活性炭对吸附质的吸

9、附稳定性，从而达到降低脱附活化能的目的。 1 1 操作条件操作条件 吸附是放热过程，低温有利于吸附，升温有利于脱附. 溶液的pH值影响到溶质的存在状态（分子、离子、络合物），也影响到吸附剂表面的电荷特性和化学特性，进而影响到吸附效果，国内用太原8#炭吸附Cd-CN络合物的试验结果如右图所示。 由图可见，在PH7.59.5的范围内，吸附去除率较高。 在吸附操作中，应保证吸附剂与吸附质有足够的接触时间。 三、影响吸附的因素三、影响吸附的因素2 吸附剂性质吸附剂性质比表面积比表面积 单位重量吸附剂的表面积称为比表面积吸附剂的粒径越小，或是微孔越发达，其比表面积越大。吸附剂的比表面积越大，则吸附能越强

10、。孔结构孔结构 吸附剂内孔的大小和分布对吸附性能影响很大。孔径太大，比表面积小，吸附能力差；孔径太小，则不利于吸附质扩散，并对直径较大的分子起屏蔽作用。 3 吸附质的性质与浓度 对于一定的吸附剂，由于吸附质性质的差异，吸附效果也不一样。通常有机物在水中的溶解度随着链长的增长而减小，而活性炭的吸附容量却随着有机物在水中溶解度 减少而增加，也即吸附量随有机物分子量的增大而增加。 对于气相吸附，若用同种活性炭作为吸附剂，吸附值得当量直径、相对分子质量和不饱和性越大，沸点越高，越易被吸附。 对于液相吸附，相对分子质量越大，分子极性越强，溶解度越小，越易被吸附。吸附质浓度越高，吸附量越少。4 吸附剂的活

11、性 是吸附能力的标志。5 接触时间6 吸附器的性能吸附设备应用时的注意事项n选择合适的预处理方式，确保废气的温度不能太高、湿度不能太大；n考虑经济因素，选择合适再生过程；n操作过程中，防止吸附层升温过高；当采用高压风机时，注意减震和消除噪音；用水蒸气或洗涤液再生时，避免废水污染。第二节 混凝处理n混凝：水中胶体粒子以及微小悬浮物的聚集过程称为混凝，是凝聚和絮凝的总称。n凝聚：胶体失去稳定性的过程称为凝聚。n絮凝：脱稳胶体相互聚集称为絮凝。n混凝过程：混合；胶体脱稳与凝聚；沉淀分离等。 二二 常用的混凝剂常用的混凝剂无无机机铝系铝系 硫酸铝硫酸铝明矾明矾聚合氯化铝（聚合氯化铝（PAC）聚合硫酸铝

12、（聚合硫酸铝（PAS） 适宜适宜pH：5.58 铁系铁系 三氯化铁三氯化铁硫酸亚铁硫酸亚铁硫酸铁（国内生产少）硫酸铁（国内生产少）聚合硫酸铁聚合硫酸铁聚合氯化铁聚合氯化铁 适宜适宜pH：511，但腐蚀，但腐蚀性强性强 有有机机 人工人工合成合成 阳离子型：含氨基、亚氨基的聚合物阳离子型：含氨基、亚氨基的聚合物 国外开始增多，国内尚国外开始增多，国内尚少少 阴离子型：水解聚丙烯酰胺（阴离子型：水解聚丙烯酰胺（HPAM） 非离子型：聚丙烯酰胺（非离子型：聚丙烯酰胺（PAM），聚氧化乙烯），聚氧化乙烯（PEO） 两性型：两性型： 使用极少使用极少 天然天然 淀粉、动物胶、树胶、甲壳素等淀粉、动物胶、

13、树胶、甲壳素等 微生物絮凝剂微生物絮凝剂 三 混合设备（1）水泵混合 投药投加在水泵吸水口或管上。混合效果好，节省动力，各种水厂均可用，常用于取水泵房靠近水厂处理构筑物的场合，两者间距不大于150m。 四四 反应设备反应设备1.1.隔板反应池隔板反应池 隔板反应池分往复式和回转式。隔板反应池分往复式和回转式。 隔板反应池的水头损失由局部水头和沿程水头损失组成。往复式总水头损失一般在0.3-0.5m，回转式的水头损失比往复式的小40左右。 隔板反应池特点： 构造简单、管理方便，但絮凝效果不稳定，池子大。适应大水厂。 2 机械反应池 搅拌器有浆板式和叶轮式，按搅拌轴的安装位置分水平轴式和垂直轴式。

14、 第一格搅拌强度最大，而后逐步减小，G值也相应减小，搅拌强度决定于搅拌器转速和桨板面积。 设计参数 絮凝时间10-15分。 池内一般设34挡搅拌机。 搅拌机转速按叶轮半径中心点线速度计算确定， 线速度第一挡0.5m/s逐渐减小至末挡的0.2m/s。 桨板总面积宜为水流截面积的1020，不宜超 过75，桨板长度不大于叶轮半径的75，宽度 宜取1030cm。 优缺点 机械反应池的优点是调节容易，效果好，大、中、小水厂均可，但维修是问题。 3 涡流式反应池 池体下半部为圆锥形，水从锥底部流入，形成涡流，边扩散边上升，随着锥体面积的逐渐扩大，上升速度逐渐由大变小，有利于絮凝题的形成。 涡流式反应池的优

15、点是构造简单，施工方便，造价低，可用于中、小型水厂或与其他形式的反应池组合应用。 五 澄清池 澄清池是能够同时实现混凝剂与原水的混合、反应和絮体沉降三种功能的设备。 它利用的是接触凝聚原理，即为了强化混凝过程，在池中让已经生成的絮凝体悬浮在水中成为悬浮泥渣层(接触凝聚区)，当投加混凝剂的水通过它时，废水中新生成的微絮粒被迅速吸附在悬浮泥渣上，从而能够达到良好的去除效果。所以澄清池的关键部分是接触凝聚区。保持泥渣处于悬浮、浓度均匀稳定的工作条件已成为所有澄清池共同特点。 根据泥渣与废水接触方式的不同，澄清池可分为两大类： 一类是泥渣悬浮澄清池一类是泥渣悬浮澄清池 它的泥渣悬浮状态通过上升水流的能

16、量在池内形成的，当水流从下往上通过泥渣层时，截留水中夹带的小絮体，主要形式有悬浮澄清池、脉冲澄清池等； 另一类是泥渣循环澄清池另一类是泥渣循环澄清池 即让泥渣在竖直方向上不断循环，通过该循环运动捕集水中的微小絮粒,并在分离区加以分离，主要形式有机械加速澄清池和水力循环加速澄清池。在废水处理中，应用最广泛的机械加速澄清池。 第三节 化学反应器按反应器的结按反应器的结构型式分类构型式分类釜式反应器釜式反应器管式反应器管式反应器塔式反应器塔式反应器固定床反应器固定床反应器流化床反应器流化床反应器移动床反应器移动床反应器滴流床反应器滴流床反应器管式反应器 n管式反应器一般用于均相反应，其主体是长径比很大的圆形空管，管外可以套管，以便进行换热，从而实现温度控制。 管式反应器的直径